1、1 概概 論論電氣信息工程學院電氣信息工程學院 自動化教研室自動化教研室主講教師：王婷婷主講教師：王婷婷2011.9T：6504062 /：2電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室v學學 時：時：48 （含實驗學時：（含實驗學時：6 ）v學學 分：分：3v課程類別：課程類別：必修必修v課程性質：課程性質：專業課專業課v考核方式：考核方式：閉卷考試（成績分布為：卷面閉卷考試（成績分布為：卷面77%、實驗實驗13%、平時、平時10%）v先修課程：先修課程：自動檢測技術、自動控制原理、過程自動檢測技術、自動控制原理、過程控制工程，模擬電路。控制工程，模擬電

2、路。v要要 求：求：掌握控制儀表的工作原理和構成，電掌握控制儀表的工作原理和構成，電路原理圖的組成和線路分析，路原理圖的組成和線路分析，PID參數的調整等。參數的調整等。3電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室v吳勤勤吳勤勤控制儀表與裝置控制儀表與裝置（第三版）化學（第三版）化學工業出版社工業出版社 2008v張永德張永德 過程控制裝置過程控制裝置（第三版）（第三版） 化學工化學工業出版社業出版社 20104電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室概論概論 0.1 控制儀表與控制系統控制儀表與控制系統 0.2 控制儀表及裝置的分類控制儀表及裝置的分類 0.3

3、聯絡信號和傳輸方式聯絡信號和傳輸方式 0.4 安全防爆的基本知識和防爆措施安全防爆的基本知識和防爆措施第一章第一章 模擬式控制器模擬式控制器 1.1 控制器的運算規律和組成方式控制器的運算規律和組成方式 1.2 基型控制器基型控制器 1.3 特種控制器和附加單元特種控制器和附加單元5電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室第二章第二章 變送器和轉換器變送器和轉換器 2.1 變送器的構成變送器的構成 2.2 差壓變送器差壓變送器 2.3 溫度變送器溫度變送器 2.4 電電/氣轉換器氣轉換器 6電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室 0.1 控制儀表與控制系統控制

4、儀表與控制系統 0.2 控制儀表及裝置的分類控制儀表及裝置的分類 0.3 聯絡信號和傳輸方式聯絡信號和傳輸方式 0.4 安全防爆的基本知識和防爆措施安全防爆的基本知識和防爆措施概概 論論7電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室 自動控制系統一般由自動控制系統一般由控制對象、變送器、控控制對象、變送器、控制器制器和和執行器執行器構成，方框圖如下所示：構成，方框圖如下所示：圖圖1(a) 簡單控制系統框圖簡單控制系統框圖被控介質被控介質測量值測量值被控變量被控變量設定值設定值-變送器變送器控制器控制器執行器執行器控制對象控制對象偏差偏差8電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院

5、自動化教研室圖圖1(c) 加熱爐溫度控制系統方框圖加熱爐溫度控制系統方框圖TC101圖圖1(b) 加熱爐溫度控制系統加熱爐溫度控制系統TT101燃料燃料執行器執行器 溫度溫度變送器變送器 溫度溫度控制器控制器原料原料加熱爐加熱爐被控介質被控介質測量值測量值被控變量被控變量設定值設定值-溫度變送器溫度變送器TC控制閥控制閥加熱爐加熱爐偏差偏差9電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室控制對象控制對象 需要調節其工藝參數的生產設備。需要調節其工藝參數的生產設備。 如壓力、流量、溫度等工藝變量。如壓力、流量、溫度等工藝變量。變變 送送 器器 把工藝參數轉換成標準統一信號的裝置。把工藝

6、參數轉換成標準統一信號的裝置。控控 制制 器器 將來自變送器的測量值與給定信號相比較將來自變送器的測量值與給定信號相比較后產生的偏差信號后產生的偏差信號, 按照預先設定好的控制規律進行運按照預先設定好的控制規律進行運算后，輸出一個控制信號送給執行器。算后，輸出一個控制信號送給執行器。執執 行行 器器 把控制器的輸出信號轉換成直線位移或角把控制器的輸出信號轉換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度。位移，以控制閥門的開度。此外，根據需要還可設有此外，根據需要還可設有顯示、轉換、計算、輔助、給顯示、轉換、計算、輔助、給定裝置。定裝置。10電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室 控制

7、儀表及裝置可按控制儀表及裝置可按能源形式、信號類型和能源形式、信號類型和結構形式結構形式來分類。來分類。 vv一、一、按能源形式分類按能源形式分類v 1、氣動：壓縮空氣為能源。、氣動：壓縮空氣為能源。v 2、電動：電源為能源。、電動：電源為能源。v 3、液動：液壓為能源。、液動：液壓為能源。v 工業上主要使用工業上主要使用電動電動和和氣動氣動控制儀表。控制儀表。11電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室氣動薄膜氣動薄膜直通單座閥直通單座閥氣動薄膜氣動薄膜直通雙座閥直通雙座閥氣動蝶閥氣動蝶閥氣動球閥氣動球閥氣動切斷閥氣動切斷閥氣動薄膜氣動薄膜角形閥角形閥1 1、氣動控制儀表、氣

8、動控制儀表12電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室1 1、氣動控制儀表、氣動控制儀表13電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室氣動儀表的特點：氣動儀表的特點： 結構簡單，性能穩定可靠；結構簡單，性能穩定可靠； 維護方便，價格便宜；維護方便，價格便宜； 具有本質安全防爆性能。具有本質安全防爆性能。1 1、氣動控制儀表、氣動控制儀表14電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室電動電動直通單座閥直通單座閥電動電動隔膜閥隔膜閥電動電動三通閥三通閥電磁閥電磁閥手動截止閥手動截止閥2 2、電動控制儀表、電動控制儀表15電氣信息工程學院自動化教研室電氣信

9、息工程學院自動化教研室2 2、電動控制儀表、電動控制儀表16電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室電動控制儀表的特點：電動控制儀表的特點： 可以實現無滯后的遠距離傳送；可以實現無滯后的遠距離傳送； 能源簡單、便于和計算機配合；能源簡單、便于和計算機配合； 可應用于易燃易爆的危險場所。可應用于易燃易爆的危險場所。2 2、電動控制儀表、電動控制儀表17電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室電動控制儀表電動控制儀表氣動控制儀表氣動控制儀表能源能源電源（電源（220V AC/24V DC）氣源（氣源（140kPa）傳輸信號傳輸信號電信號（電壓、電流、電信號（電壓、電

10、流、數字）數字）氣壓信號氣壓信號元、器件元、器件電子元器件電子元器件氣動元件氣動元件接線接線導線導線導管導管電磁干擾與防爆電磁干擾與防爆受電磁干擾影響，須采受電磁干擾影響，須采取抗干擾、防爆措施取抗干擾、防爆措施不受電磁干擾影響不受電磁干擾影響本質上安全防爆本質上安全防爆電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表和氣動控制儀表的比較18電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室3 3、液動控制儀表、液動控制儀表 結構簡單、緊湊、體積小。結構簡單、緊湊、體積小。 傳動平穩可靠，有緩沖無撞擊現象。傳動平穩可靠，有緩沖無撞擊現象。 可根據需要采用不同的液壓油，可防爆。可根據需要采用不

11、同的液壓油，可防爆。 液動控制儀表的特點：液動控制儀表的特點：19電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室1、模擬儀表、模擬儀表 傳輸信號為傳輸信號為連續變化的模擬量連續變化的模擬量。 如如氣動儀表，電動單元組合儀表氣動儀表，電動單元組合儀表I、II、III型型等。等。2、數字儀表、數字儀表 傳輸信號為傳輸信號為斷續變化的數字量斷續變化的數字量。 如如可編程調節器、控制器、可編程調節器、控制器、 DCS、 FCS 等。等。vv 二、二、按信號類型分類：按信號類型分類：20電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室vv 三、三、按結構形式分類按結構形式分類21電氣信

12、息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室22電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型23電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型24電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型25電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室(2)QDZ-I,II,III,S型型 單元組合儀表由單元組合儀表由變送、調節、變送、調節、給定、顯示、轉換、計算、執行、給定、顯示、轉換、計算、執行、輔助輔助等八大儀表單元組成。等八大儀表單元組

13、成。26電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室變送單元變送單元調節單元調節單元(2)QDZ-I,II,III,S型型27電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室輔助單元輔助單元給定單元給定單元(2)QDZ-I,II,III,S型型28電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室運算單元運算單元轉換單元轉換單元(2)QDZ-I,II,III,S型型29電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室顯示單元顯示單元執行單元執行單元(2)QDZ-I,II,III,S型型30電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室JX-300X3

14、1電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室32電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室33電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室34電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室35電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室36電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室37電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室一、聯絡信號一、聯絡信號1、聯絡信號、聯絡信號是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸信號的類型和數值。傳輸信號的類型和數值。2、聯絡信號類型、聯

15、絡信號類型:氣動儀表：氣動儀表：20100KPa 電動儀表：模擬信號電動儀表：模擬信號( 010mA、 420mA 及及 15V)、 數字信號、頻率信號數字信號、頻率信號38電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室3、電模擬信號制的確定、電模擬信號制的確定（1）信號下限從零開始）信號下限從零開始有利于模擬量運算。有利于模擬量運算。（2）信號下限從某值開始）信號下限從某值開始（活零點活零點）便于檢驗儀表是否便于檢驗儀表是否斷電，并可實現兩線制。斷電，并可實現兩線制。（3）信號上限高，）信號上限高，產生的電磁平衡力大，利于設計平衡產生的電磁平衡力大，利于設計平衡式變送器。式變送器。

16、（4）信號上限低，）信號上限低，有利于減少功率損耗和提高儀表防爆有利于減少功率損耗和提高儀表防爆性能性能。39電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室1、直流電流傳輸、直流電流傳輸 電流信號傳輸時電流信號傳輸時儀表之間儀表之間串串聯聯 為減小傳輸誤差，要求：為減小傳輸誤差，要求： R0足夠大，而足夠大，而Rcm 及及Ri 應比較小應比較小00000000()100%icmicmicmiRIIIIRRnRIIRnRRRnR0100%cmiRnRR（一）模擬信號的傳輸（一）模擬信號的傳輸 二、電信號的傳輸方式二、電信號的傳輸方式U0R0I0IiRiRiRcm發送儀表發送儀表接收儀表

17、接收儀表n臺臺40電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室直流電流傳輸的特點直流電流傳輸的特點優點優點 適于遠距離傳輸。適于遠距離傳輸。缺點缺點 回路中增減接收儀表時，將影響其它儀表的工作。回路中增減接收儀表時，將影響其它儀表的工作。41電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室2、直流電壓傳輸、直流電壓傳輸 電壓信號傳輸時電壓信號傳輸時儀表之間儀表之間并并聯聯 為減小傳輸誤差，要求：為減小傳輸誤差，要求： R0和和Rcm 盡量小，盡量小，Ri 大些。大些。00000000/100%/iicmicmcmiRnUUUURRRnUURRRRRn0100%cmiRRnR

18、接收儀表接收儀表RiRcm發送儀表發送儀表R0U0RcmIiRiRiUi42電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室直流電壓傳輸的特點直流電壓傳輸的特點優點優點 增加或取消某個接收儀表不影響其他儀表的工作。增加或取消某個接收儀表不影響其他儀表的工作。缺點缺點 不適于遠距離傳輸。不適于遠距離傳輸。vv 現場與控制室現場與控制室儀表之間采用直流儀表之間采用直流電流信號，電流信號， 控控 制制 室室 內內 部部 儀表之間采用直流儀表之間采用直流電壓信號。電壓信號。43電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室（二）變送器與控制室儀表間的信號傳輸（二）變送器與控制室儀表間

19、的信號傳輸電源電源裝置裝置變送器變送器現場現場控制室控制室四線制四線制接收接收儀表儀表兩線制兩線制變送器變送器現場現場電源電源裝置裝置控制室控制室接收接收儀表儀表 要實現兩線制，必須采用要實現兩線制，必須采用活零點活零點的電流信號。的電流信號。因電源因電源線和信號線公用，電源供給變送器的功率是通過信號電流線和信號線公用，電源供給變送器的功率是通過信號電流提供的。變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半提供的。變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半導體器件仍能正常工作。故導體器件仍能正常工作。故信號電流下限值不能過低。信號電流下限值不能過低。44電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院

20、自動化教研室0 概論概論0.4 0.4 安全防爆基本知識和防爆措施安全防爆基本知識和防爆措施45電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室一、一、 安全防爆基本知識安全防爆基本知識vv （一）（一）爆炸危險場所的區域劃分爆炸危險場所的區域劃分2區區46電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室 一、安全防爆基本知識一、安全防爆基本知識vv （一）（一）爆炸危險場所的區域劃分爆炸危險場所的區域劃分2、粉塵爆炸危險場所的區域等級、粉塵爆炸危險場所的區域等級依據：爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物出現的依據：爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物出現的頻繁程度和持續時間頻繁程度和

21、持續時間10區區 在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物可能氣混合物可能連續地、頻繁地連續地、頻繁地出現或長時間存在的出現或長時間存在的場所。場所。（選用本質安全型電氣設備）（選用本質安全型電氣設備）11區區 在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物氣混合物不可能不可能出現，或即使出現也是短時間存在出現，或即使出現也是短時間存在的場所。的場所。（選用隔爆型、增安型電氣設備）（選用隔爆型、增安型電氣設備）47電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室vv （二）（二）爆炸性氣體的分級爆炸性氣體

22、的分級按最大試驗安全間隙按最大試驗安全間隙MESG(火焰不能傳播的最大間隙火焰不能傳播的最大間隙)和和最小點燃電流比最小點燃電流比MICR來分級：可分為來分級：可分為A、B、C三級。三級。(1)按按MESG:MESG=1.14mm，甲烷，作為起始點，無等級；，甲烷，作為起始點，無等級； 0.9mm MESG 1.14mm A 級級 0.5mm MESG0.9mm B 級級 MESG 0.5mm C 級級 -最危險！最危險！(2)按按MICR： MICR=1.0 甲烷甲烷 (MICR=某物質的最小點燃電流某物質的最小點燃電流/甲烷的甲烷的) 0.8 MICR 1.0 A 級級 0.45 450

23、T2450t 300 T3300t 200 組別組別引燃溫度引燃溫度 t/T4T5135t 100 T6100t 85 200t 135 適用于適用于T5的設備不適用于的設備不適用于T649電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室vv （四）（四）防爆電氣設備的分類、分組防爆電氣設備的分類、分組防爆電氣設備分為兩大類：防爆電氣設備分為兩大類：類：類：煤礦用電氣設備煤礦用電氣設備類：類：工廠用電氣設備（按爆炸性氣體特性分為：）工廠用電氣設備（按爆炸性氣體特性分為：）工廠用電氣設備防爆型式有以下八種：工廠用電氣設備防爆型式有以下八種：隔爆型隔爆型(d)、本質安全型本質安全型(i)、

24、增安型、增安型(e)、正壓型、正壓型(p)、充、充油型油型(o)、充砂型、充砂型(q)、澆封型、澆封型(m)和無火花型和無火花型(n)。本質安全型本質安全型設備又可以分為設備又可以分為ia和和ib兩個等級。兩個等級。ABC (用于最危險場所用于最危險場所) 50電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室vv 防爆防爆標志及其含義標志及其含義防爆標志由以下防爆標志由以下5個部分構成：個部分構成：1、標志、標志 EX 表示該設備為防爆電氣設備。表示該設備為防爆電氣設備。2、防爆型式、防爆型式 表明該設備采用何種措施進行防爆，如表明該設備采用何種措施進行防爆，如 d為隔爆型，為隔爆型，

25、i為本安型等。為本安型等。3、設備類別、設備類別 I為煤礦井下用電設備，為煤礦井下用電設備，II為工廠用設備。為工廠用設備。4、防爆級別、防爆級別 為為A、B、C三級，表明防爆能力強弱。三級，表明防爆能力強弱。5、溫度組別、溫度組別 為為T1T6六組，說明該設備的最高表面六組，說明該設備的最高表面 溫度允許值。溫度允許值。例如：例如： EXiaIICT5 表示表示II類本質安全型類本質安全型ia等級等級C級級T5組。組。EXiaIICT551電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室隔爆型儀表隔爆型儀表 如：如：ExdIIBT3 具有具有隔爆外殼隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部

26、置于防爆，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內。它能承受儀表內部因故障產生爆炸性氣體混合物殼體內。它能承受儀表內部因故障產生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力。這類儀表適用于的爆炸壓力。這類儀表適用于1區、區、2區區危險場所。危險場所。本質安全型儀表本質安全型儀表 本安儀表的全部電路均為本安儀表的全部電路均為本質安全電路本質安全電路，電壓和電流，電壓和電流被限制在允許的范圍內，保證儀表產生的電火花和熱效應被限制在允許的范圍內，保證儀表產生的電火花和熱效應不致于引爆其周圍爆炸性氣體混合物。不致于引爆其周圍爆炸性氣體混合物。ia本安儀表：本安儀表：工況下工況下一或兩個故障一或兩個故障都不會引燃爆炸性氣體

27、，都不會引燃爆炸性氣體，0區區危險場所危險場所;ib本安儀表：本安儀表：工況下工況下一個故障一個故障不會引燃爆炸性氣體，不會引燃爆炸性氣體，1區和區和2區區危險場所危險場所. 二、二、常用防爆常用防爆型控制儀表型控制儀表52電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室本安防爆系統本安防爆系統本安型變送器本安型變送器本安型執行器本安型執行器控制器控制器安全柵安全柵安全柵安全柵電源箱電源箱非危險場所非危險場所（控制室）（控制室）危險場所危險場所（現場）（現場）危險場所危險場所（現場）（現場） 三、三、 控制系統的防爆措施控制系統的防爆措施vv （一）（一）本安防爆系統本安防爆系統本安防

28、爆系統應滿足的兩個條件：本安防爆系統應滿足的兩個條件： 在危險場所使用本安防爆儀表在危險場所使用本安防爆儀表 控制室儀表和危險場所儀表之間設置安全柵，以控制室儀表和危險場所儀表之間設置安全柵，以限制流入危險場所的能量。限制流入危險場所的能量。53電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室進液進液出料量出料量氣動氣動執行器執行器差壓式差壓式液位變送器液位變送器V420 mA15 V控控制制器器Q出出Q進進LP氣氣420 mAVIII顯示顯示儀表儀表危險場所危險場所: :現場現場非危險場所非危險場所: :控制室控制室P液位液位配電器配電器I24V DC24V DC54電氣信息工程學院

29、自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室進液進液出料量出料量氣動氣動執行器執行器差壓式差壓式液位變送器液位變送器V420 mA15 VQ出出Q進進LP氣氣420 mA420 mAVII操作端操作端安全柵安全柵I顯示顯示儀表儀表危險場所危險場所: :現場現場非危險場所非危險場所: :控制室控制室P液位液位檢測端檢測端安全柵安全柵24V DC24V DC24V DC控控制制器器V30V DCI30mA DCI55電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室56電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室57電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室58電氣信息

30、工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室59電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室vv （二）（二）安全柵安全柵l作為控制室儀表和現場儀表的關聯設備，是本安系統作為控制室儀表和現場儀表的關聯設備，是本安系統的重要組成部分。的重要組成部分。l既傳輸信號又限制流入危險場所的能量，以確保系統既傳輸信號又限制流入危險場所的能量，以確保系統的本安防爆性能。的本安防爆性能。安全柵的結構形式多樣，常見的有：齊納式安全柵齊納式安全柵隔離式安全柵隔離式安全柵 60電氣信息工程學院自動化教研室電氣信息工程學院自動化教研室1、齊納式安全柵原理電路、齊納式安全柵原理電路安全側安全側危險側危險側U0VZ1VZ2RFUU1工作過程：工作過程： 現場發生事故，如短路時，限流電阻現場發生事故，如短路時，限流電阻R限制過大電流限制過大電流進入危險側，進入危